DE60307190T2 - Frakturierung von unterirdischen Lagerstätten - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren für das Formen von einer oder mehreren Spalten in einer hochtemperaturigen Untergrundzone und das Konsolidieren von Proppantpartikeln innerhalb einer solchen.
- Kohlenwasserstoff produzierende Bohrlöcher werden oft mit Hilfe von hydraulischen Spaltbehandlungen stimuliert. Während des hydraulischen Spaltens wird ein viskoses Spaltfluid, welches auch als ein Trägerfluid funktioniert, in eine zu spaltende Untergrundzone mit einer solchen Rate und unter einem solchen Druck eingepumpt, dass eine oder mehrere Spalten in der Zone geformt werden. Proppantpartikel, d.h. gadierter Sand für das Offenhalten der Spalten werden in dem Spaltfluid suspendiert, so dass die Proppantpartikel in den Spalten abgelagert werden, wenn das Spaltfluid gebrochen wird. Dies bedeutet, dass ein Viskositätsbrecher in das Spaltfluid mit eingeschlossen wird, wobei das Spaltfluid in eine dünne Flüssigkeit zurück verwandelt wird, welche an die Erdoberfläche zurück geleitet wird. Die in den Spalten abgelagerten Proppantpartikel verhindern ein Schließen der Spalten, so dass leitfähige Kanäle geformt werden, durch welche produzierter Kohlenwasserstoff leicht fließen kann.
- Um ein darauffolgendes Rückwärtsfließen der Proppantpartikel sowohl wie einen Verlust oder inkompetente Kornfraktionen mit aus der Formation produzierten Flüssigkeiten zu verhindern wurden die Proppantpartikel bis heute mit einer aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichtet, welche ausgehärtet wird und die Proppantpartikel in der Zone konsolidiert. Wenn die Untergrundzone jedoch eine Temperatur von mehr als ungefähr 375°F (191°C) aufweist, werden sich die ausgehärtete Harzzusammensetzung und die damit konsolidierte durchlässige Proppantpartikelpackung rapide verschlechtern, was den Proppantpartikeln und Formationskornfraktionen erlauben wird, zusammen mit den produzierten Formationsflüssigkeiten zurückzufließen. Der Rückfluss der Proppantpartikel und der Formationskornfraktionen ist besonders nachteilig, denn er erodiert Metallgegenstände, verstopft Rohre und Behälter, und beschädigt Ventile, Instrumente, und andere Produktionsgeräte.
- Ein weiteres Problem, welches während der Anwendung von aushärtbaren Harzzusammensetzungen des aktuellen Standes der Technik für das Beschichten von Proppantpartikeln oft auftritt, ist die Tatsache, dass die aushärtbare Harzzusammensetzung oder die Komponenten derselben nicht sehr lange haltbar sind. Außerdem weisen die Komponenten von zurzeit bekannten aushärtbaren Harzzusammensetzungen einen niedrigen Flammpunkt auf, d.h. Flammpunkte von ungefähr 60°F (16°C) oder weniger, was ihre Anwendung besonders gefährlich gestaltet. Auch werden sich die Zusammensetzungen oder die Komponenten schnell verhärten, wenn die aushärtbaren Harzzusammensetzungen des aktuellen Standes der Technik oder die Komponenten derselben bei hoher Umgebungstemperatur aufbewahrt werden, was sie für den Gebrauch ungeeignet gestaltet.
- Es besteht daher ein Bedarf für verbesserte Verfahren für das Konsolidieren von Proppantpartikeln in Untergrundspalten, wobei die geformten durchlässigen Packungen von konsolidierten Proppantpartikeln bei hohen Temperaturen, d.h. Temperaturen von mehr als ungefähr 375°F (191°C) chemisch und thermal widerstandsfähig sind.
- Gemäß eines Aspekts bietet die vorliegende Erfindung eine aushärtbare Harzzusammensetzung für das Beschichten von Proppantpartikeln, welche sich bei Hitze verhärten, wobei die genannte Zusammensetzung ein aushärtbares Harz umfasst, welches Furfurylalkoholharz, Furfurylalkohol, ein Lösungsmittel für das genannte Harz mit einem Flammpunkt über 125°F (52°C), ein Silankopplungsmittel, und ein Tensid für das Fördern der Beschichtung der genannten aushärtbaren Harzzusammensetzung auf den genannten Proppantpartikeln und für das Fließen der genannten aushärtbaren Harzzusammensetzung an die Kontaktpunkte zwischen nebeneinander liegenden, harzbeschichteten Proppantpartikeln umfasst.
- Die Erfindung bietet auch ein Verfahren für das Formen von einer oder mehreren Spalten in einer Untergrundzone, welche von einem Bohrloch penetriert wird, und das Konsolidieren von Proppantpartikeln innerhalb derselben, wobei die Untergrundzone eine Temperatur von mehr als 200°F (93°C) aufweist, und wobei das Verfahren das Einpumpen eines gellierten Spaltfluids in die genannte Untergrundzone umfasst, und das genannte Fluid Proppantpartikel enthält, welche mit einer darin suspendierten aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichtet sind, um eine oder mehrere Spalten zu formen und die genannten Proppantpartikel darin abzulagern; und das Aushärten der genannten aushärtbaren Harzzusammensetzung auf den mit der genannten Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikeln mit Hilfe von Hitze, und das Konsolidieren der genannten Proppantpartikel zu einer oder mehreren chemisch und thermal widerstandsfähigen durchlässigen Packung(en); wobei die genannte Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung entspricht.
- Das Verfahren der vorliegenden Erfindung für das Formen von einer oder mehreren Spalten in einer Untergrundzone mit einer Temperatur von mehr als ungefähr 200°C (93°C), welche von einem Bohrloch penetriert wird, und das Konsolidieren von Proppantpartikeln innerhalb derselben kann die folgenden Schritte umfassen. Mit einer aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichtete Proppantpartikel werden bereitgestellt. Die aushärtbare Harzzusammensetzung umfasst Furfurylalkoholharz, Furfurylalkohol, ein Lösungsmittel für das Harz, ein Silankopplungsmittel, wahlweise ein hydrolisierbares Ester für das Brechen von gellierten Spaltfluidfilmen auf den Proppantpartikeln, und ein Tensid für das Fördern des Beschichtens der Proppantpartikel mit dem Harz, und für das Fließen des Harzes an die Kontaktpunkte zwischen nebeneinander liegenden beschichteten Proppantpartikeln. Ein gelliertes flüssiges Spaltfluid wird auch bereitgestellt, welches in die Untergrundzone eingepumpt wird, um eine oder mehrere Spalten zu formen und die Proppantpartikel in denselben abzulagern. Die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel werden mit dem eingepumpten Spaltfluid gemischt, wobei die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel in derselben suspendiert sind. Wenn die mit der aushärtbaren Zementzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel in einer oder mehreren geformten Spalten abgelagert worden sind, wird das Einpumpen des Spaltfluids und das Mischen der mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel mit dem Spaltfluid abgebrochen. Danach kann die aushärtbare Harzzusammensetzung auf den mit derselben Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikeln in Hitze aushärten und die Proppantpartikel zu einer oder mehreren chemisch und thermal widerstandsfähigen, durchlässigen Packung(en) konsolidieren.
- Ein weiteres verbessertes Verfahren der vorliegenden Erfindung für das Formen von einer oder mehreren Spalten in einer Untergrundzone, welche von einem Bohrloch penetriert wird, und für das Konsolidieren von Proppantpartikeln innerhalb derselben, wobei die Untergrundzone eine Temperatur von mehr als ungefähr 200°F (93°C) aufweist, umfasst die folgenden Schritte. Eine flüssige aushärtbare Harzzusammensetzung wird bereitgestellt und umfasst Furfurylalkoholharz, Furfurylalkohol, ein Ethylenglycolbutylether-Lösungsmittel für das Harz, ein n-beta(aminoethyl)-gamma-aminopropyltrimethoxysilan-Kopplungsmittel, wahlweise eine Mischung von Dimethylglutarat, Dimethyladipat, und Dimethylsuccinatestern und einem C12-C22 Alkylphosphat-Tensid. Eine Quelle von trockenen Proppantpartikeln und ein gelliertes flüssiges Spaltfluid, bestehend aus Wasser und einem Gelliermittel, welches aus der Gruppe von Guar-Gum, Guar-Gum Derivativen, und Cellulosederivativen ausgewählt wird, wird auch bereitgestellt. Das gellierte flüssige Spaltfluid wird in die Untergrundzone eingepumpt, um die eine oder mehreren Spalten darin zu formen und die Proppantpartikel darin zu platzieren. Die von der Quelle angelieferten trockenen Proppantpartikel werden dann mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichtet, um mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichtete Proppantpartikel zu formen. Die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel werden mit dem in die Untergrundzone eingeführten Spaltfluid gemischt, wobei die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel in derselben suspendiert werden. Wenn die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel in der einen oder den mehreren in der Untergrundzone geformten Spalten platziert worden sind, wird das Einpumpen des gellierten Spaltfluids, das Beschichten der trockenen Proppantpartikel mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung, und das Mischen der mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikeln mit dem Spaltfluid abgebrochen. Danach kann die aushärtbare Harzzusammensetzung auf den mit derselben aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikeln bei Hitze aushärten und die Proppantpartikel zu einer oder mehreren chemisch und thermal widerstandsfähigen, durchlässigen Packungen konsolidieren.
- Die vorliegende Erfindung bietet verbesserte Verfahren für das Formen von einer oder mehreren Spalten in einer Untergrundzone, welche von einem Bohrloch penetriert wird, und konsolidiert die Proppantpartikel darin, wobei die Untergrundzone eine Temperatur von mehr als ungefähr 200°F (93°C) aufweist, mit den folgenden Schritten. Die mit einer aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel umfassen Furfurylalkoholharz, Furfurylalkohol, ein Lösungsmittel für den Harz, ein Silankopplungsmittel, wahlweise einen hydrolisierbaren Ester für das Brechen von gelliertem Spaltfluidfilm auf den Proppantpartikeln, und ein Tensid für das Fördern der Beschichtung der Proppantpartikel mit Harz und für das Fließen des Harzes zu den Kontaktpunkten zwischen nebeneinander liegenden, mit Harz beschichteten Proppantpartikeln. Ein gelliertes flüssiges Spaltfluid wird auch bereitgestellt. Das gellierte flüssige Spaltfluid wird in die Untergrundzone eingepumpt, um die eine oder die mehreren Spalten zu formen und die Proppantpartikel darin abzulagern. Die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel werden mit dem in die Untergrundzone eingepumpten Spaltfluid gemischt, wobei die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel in derselben suspendiert werden. Wenn die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel in der einen oder den mehreren Spalten abgelagert worden sind, wird das Einpumpen des gellierten flüssigen Spaltfluids und das Mischen der mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel mit dem Spaltfluid abgebrochen. Danach kann die aushärtbare Harzzusammensetzung auf den mit derselben aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikeln bei Hitze aushärten und die Proppantpartikel zu einer oder mehreren chemisch und thermal widerstandsfähigen durchlässigen Packungen konsolidieren.
- Die gemäß der vorliegenden Erfindung angewendeten Proppantpartikel sind allgemein von einer solchen Größe, dass das Formen von Feststoffen, welche zusammen mit den produzierten Flüssigkeiten befördert werden, daran gehindert werden, aus der Untergrundzone auszutreten. Verschiedene Arten von Proppantpartikeln können angewendet werden und schließen gradierten Sand, Bauxit, Keramikmateriale, Glasmateriale, Walnußschalen, Polymerperlen, und ähnliches ein. Im allgemeinen sind die Proppantpartikel von einer Größe von ungefähr 2 (7,5 mm) bis ungefähr 400 Mesh (0,037 mm) der US Siebgröße. Das bevorzugte Proppant ist gradierter Sand mit einer Partikelgröße innerhalb eines Bereichs von ungefähr 10 bis ungefähr 70 Mesh (2,00 mm bis 0,210 mm) US Siebgröße. Bevorzugte Sandpartikelgrößenverteilungsbereiche sind einer oder mehrere der Bereiche 10–20 Mesh (2,00 mm–0,841 mm), 20–40 Mesh (0,841 mm–0,420 mm), 40–60 Mesh (0,420 mm–0,250 mm), oder 50–70 Mesh (0,297 mm–0,210 mm), abhängend von der jeweiligen Größe und Verteilung der Formationsfeststoffe, welche mittels der konsolidierten Proppantpartikel ausgesiebt werden sollen.
- Furfurylalkoholharze sind von einer Reihe von kommerziellen Quellen jederzeit erhältlich. Geeignete Furfurylalkoholharze sind zum Beispiel von Durez Corporation unter dem Handelsnamen "Durez 33682TM" kommerziell erhältlich. Nach einem Aushärten bei Hitze in einer Untergrundzone formt das Furfurylalkoholharz eine nicht lösliche Masse, welche gegen chemische Angriffe und thermale Verschlechterung sehr widerstandsfähig ist, d.h. das ausgehärtete Harz widersteht thermaler Verschlechterung bei Temperaturen von bis zu 700°F (371°C). Der Furfurylalkoholharz ist allgemein in einer Menge innerhalb des Bereichs von ungefähr 40% bis ungefähr 75% Massenanteil, und vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 55% bis ungefähr 65% in der Zusammensetzung in der aushärtbaren Harzzusammensetzung vorhanden.
- Der Furfurylalkohol ist allgemein in einer Menge innerhalb des Bereichs von ungefähr 1% bis ungefähr 20% Massenanteil der Zusammensetzung, und vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 5% bis ungefähr 15% in der aushärtbaren Harzzusammensetzung vorhanden.
- Beispiele von Lösungsmitteln für das Furfurylalkoholharz, welche Flammpunkte über ungefähr 125°F (52°C) aufweisen und angewendet werden können schließen Dipropylenglycolmethylether, Dipropylenglycoldimethylether, Diethylenglycolmethylether, Ethylenglycolbutylether, Diethylenglycolbutylether, Dimethylformamid, Propylencarbonat, Butylacetat, Furfurylacetat, D'limonene, und fettige saure Methylester ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Von diesen wird Ethylenglycolbutylether bevorzugt. Das Lösungsmittel wird in einer Menge innerhalb des Bereichs von ungefähr 10% bis ungefähr 40%, und vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 15% bis ungefähr 30% in die aushärtbare Harzzusammensetzung eingeschlossen.
- Beispiele von Silankopplungsmitteln, welche in der aushärtbaren Harzzusammensetzung angewendet werden können, schließen N-2-(aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, und n-beta-(aminoethyl)-gamma-aminopropyltromethoxysilan ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Von diesen wird n-beta-(aminoethyl)-gamma-aminopropyltrimethoxysilan bevorzugt. Das Silankopplungsmittel wird in einer Menge innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,1% bis ungefähr 3% Massenanteil der Zusammensetzung, und vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 0,5% bis ungefähr 2% in die aushärtbare Harzzusammensetzung eingeschlossen.
- Beispiele von hydrolisierbaren Estern, welche wahlweise in die aushärtbare Harzzusammensetzung eingeschlossen werden können, schließen eine Mischung von Dimethylglutarat, Dimethylsdipat, und Dimethylsuccinat, Sorbitol, Catechol, Dimethylthiolat, Methylsalicylat, Dimethylsuccinat, und Terbutylhydroperoxid ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Von diesen wird eine Mischung von Dimethylglutarat, Dimethyladipat, und Dimethylsuccinat bevorzugt. Das hydrolisierbare Ester wird in einer Menge innerhalb des Bereichs von ungefähr 0% bis ungefähr 3% Massenanteil der Zusammensetzung, und vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 1,5% in die flüssige aushärtbare Harzzusammensetzung eingeschlossen.
- Eingekapseltes Natriumbisulfat kann wahlweise als ein Ersatz für die hydrolisierbaren Ester angewendet werden. Eingekapseltes Natriumbisulfat in einer Menge von 1% bis 15% Massenanteil der Harzzusammensetzung wird dem Proppantschlamm während des Beschichtens des Proppants mit der Harzmischung beigemischt. Das Natriumbisulfat muss eingekapselt werden, um dessen Dosierung und Interaktion mit dem gellierten flüssigen Spaltfluid während des Einpumpens des Spaltfluids und des Proppants in die Untergrundzone zu minimieren. Ohne ein solches Einkapseln wird das Natriumbisulfat das Spaltfluid vorzeitig brechen und ein Ablagern des Proppants verursachen, was während der Spaltbehandlung unerwünscht ist.
- Tenside für das Fördern der Beschichtung der Proppantpartikel mit dem Harz, und für das Fließen des Harzes zu den Kontaktpunkten zwischen nebeneinander liegenden, mit Harz beschichteten Proppantpartikeln, welche in der aushärtbaren Harzzusammenssetzung angewendet werden, schließen ethoxylierte Nonylphenolphosphatestertendide, Mischungen von einem oder mehreren kationischen Tensiden, und ein oder mehrere nicht ionische Tensid(e) und ein C12-C22 Alkylphosphonattensid ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Von diesen wird ein C12-C22 Alkylphosphonattensid bevorzugt. Das oder die angewendete(n) Tensid(e) sind in einer Menge innerhalb des Bereichs von ungefähr 1% bis ungefähr 15% Massenanteil der Zusammensetzung, und vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 5% bis ungefähr 10% in die aushärtbare Harzzusammensetzung eingeschlossen.
- Ein weiteres bevorzugtes Verfahren für das Formen von einer oder mehreren Spalten in einer Untergrundzone, welche von einem Bohrloch penetriert wird, und das Konsolidieren von Proppantpartikeln in derselben, wobei die Untergrundzone eine Temperatur von mehr als ungefähr 200°F (93°C) aufweist, umfasst die folgenden Schritte. Eine flüssige aushärtbare Harzzusammensetzung wird bereitgestellt und umfasst Furfurylalkoholharz, Furfurylalkohol, ein Ethylenglycolbutylether-Lösungsmittel für den Harz, ein n-beta-(amiethyl)-gamma-aminopropyltrimethoxysilan-Kopplungsmittel, wahlweise eine Mischung von Dimethylglutarat, Dimethyladipat, und Dimethylsuccinat, Estern, und ein C12-C22 Alkylphoshat-Tensid. Eine Quelle von trockenen Proppantpartikeln und ein gelliertes flüssiges Spaltfluid werden auch bereitgestellt. Das gellierte flüssige Spaltfluid besteht aus Wasser und einem Gelliermittel, welches aus der Gruppe von Guar-Gum, Guar-Gum Derivativen, und Cellulosederivativen ausgewählt wird. Das gellierte flüssige Spaltfluid wird in die Untergrundformation eingepumpt, um zu formen die eine oder die mehreren Spalten in derselben zu formen und zu die Proppantpartikel in derselben zu platzieren. Die trockenen Proppantpartikel, welche von der Quelle transportiert werden, werden mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichtet, um mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichtete Proppantpartikel zu formen. Die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel werden mit dem eingepumpten Spaltfluid gemischt, wobei die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel in demselben suspendiert sind. Wenn die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel mittels des Spaltfluids in der einen oder den mehreren Spalten platziert worden sind, wird das Einpumpen des Spaltfluids, das Beschichten der trockenen Proppantpartikel mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung, und das Mischen der mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel mit dem Spaltfluid abgebrochen. Danach kann die aushärtbare Harzzusammensetzung auf den mit derselben aushärtbaren Zusammensetzung beschichteten Proppantpartikel bei Hitze aushärten und die Proppantpartikel zu einer oder mehreren chemisch und thermal widerstandsfähigen, durchlässigen Packungen konsolidieren.
- Das Furfurylalkohlharz, der Furfurylalkohol, das Lösungsmittel, das Silankopplungsmittel, die hydrolisierbare Estermischung, und das Tensid, welche die flüssige aushärtbare Harzzusammensetzung ausmachen, sind in den gleichen Mengen in der Zusammensetzung vorhanden wie oben beschrieben.
- Das Wasser in dem gellierten flüssigen Spaltfluid wird aus der Gruppe ausgewählt, welche aus frischem Wasser und Salzwasser besteht. Die Bezeichnung "Salzwasser" wird hierin angewendet, um ungesättigte Salzlösungen und gesättigte Salzlösungen einschließlich Solen und Meerwasser zu beschreiben.
- Das Gelliermittel in dem Spaltfluid ist allgemein in einer Menge innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,1% bis ungefähr 2% Massenanteil des darin enthaltenen Wassers, und vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 0,2% bis ungefähr 1% in demselben vorhanden.
- Das gellierte flüssige Spaltfluid kann ein Vernetzungsmittel für das Steigern der Viskosität des Spaltfluids einschließen. Beispiele von geeigneten Vernetzungsmitteln schließen Alkalimetallborat, Borax, Borsäure, und Mischungen ein, welche multivalente Metallione in wässerigen Lösungen abgeben können, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Wenn ein Vernetzungsmittel angewendet wird, wird dasselbe in einer Menge innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,01% bis ungefähr 2% Massenanteil des darin enthaltenen Wassers, und vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 0,1% bis ungefähr 1% in das Spaltfluid eingeschlossen.
- Das Spaltfluid schließt allgemein auch einen verzögerten Viskositätsbrecher ein, welcher die Viskosität des Spaltfluids reduziert und die in dem Spaltfluid suspendierten und mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel in den Spalten ablagert. Beispiele von verzögerten Viskositätsbrechern, welche angewendet werden können, schließen Alkalimetall- und Ammoniumpersulfate ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt, welche durch Einkapseln in ein Material verzögert werden, welches den Brecher, Alkalimetallchlorit, Alkalimetallhypochlorit, und Kalziumhypochlorit langsam abgibt. Wenn der verzögerte Viskositätsbrecher angewendet wird, wird derselbe in einer Menge innerhalb des Bereichs von ungefähr 1% bis ungefähr 5% Massenanteil des darin enthaltenen Wassers in das Spaltfluid eingeschlossen.
- Die aushärtbare Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung für das Beschichten von Proppantpartikeln, welche bei Hitze aushärtet, umfasst grundsätzlich ein Furfurylalkoholharz, Furfurylalkohol, ein Lösungsmittel für den Harz mit einem Flammpunkt über ungefähr 125°F (52°C), ein Silankopplungsmittel, wahlweise einen hydrolisierbaren Ester für das Brechen von gellierten Spaltfluidfilmen, und ein Tensid für das Fördern der Beschichtung der Proppantpartikel mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung und das Fließen der aushärtbaren Harzzusammensetzung zu den Kontaktpunkten zwischen nebeneinander liegenden, mit Harz beschichteten Proppantpartikeln.
- Der Furfurylalkoholharz, der Furfurylalkohol, das Lösungsmittel, das Silankopplungsmittel, der hydrolisierbare Ester, und das Tensid werden oben im Zusammenhang mit den Verfahren der vorliegenden Erfindung beschrieben und sind in den oben aufgeführten Mengen in der aushärtbaren Harzzusammensetzung vorhanden.
- Die aushärtbare Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann bei hohen Umgebungstemperaturen über lange Zeiträume hinweg gelagert werden, ohne auszuhärten oder sich anderweitig zu verschlechtern.
- Ein verbessertes Verfahren der vorliegenden Erfindung für das Formen von einer oder mehreren Spalten in einer Untergrundzone, welche von einem Bohrloch penetriert wird, und für das Konsolidieren von Proppantpartikeln in derselben wobei die Untergrundzone eine Temperatur von mehr als ungefähr 200°F (93°C) aufweist, umfasst die folgenden Schritte: (a) das Bereitstellen von mit einer aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikeln, umfassend Furfurylalkoholharz, Furfurylalkohol, ein Lösungsmittel für das Harz, ein Silankopplungsmittel, und ein Tensid für das Fördern der Beschichtung der Proppantpartikel mit dem Harz, und für das Fließen des Harzes zu den Kontaktpunkten zwischen nebeneinander liegenden, mit Harz beschichteten Proppantpartikeln; (b) das Bereitstellen eines gellierten flüssigen Spaltfluids; (c) das Einpumpen des gellierten flüssigen Spaltfluids in die Untergrundzone, um die eine oder die mehreren Spalten zu formen und die Proppantpartikel darin abzulagern; (d) das Mischen der mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel mit dem gemäß Schritt (c) eingepumpten Spaltfluid, wobei die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel in demselben suspendiert sind; (e) das Abbrechen der Schritte (c) und (d), wenn die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel in der einen oder den mehreren Spalten positioniert worden sind; und (f) das Aushärten der aushärtbaren Harzzusammensetzung auf den mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikeln bei Hitze, und das Konsolidieren der Proppantpartikel zu einer oder mehreren chemisch und thermal widerstandsfähigen, durchlässigen Packungen.
- Ein weiteres verbessertes Verfahren der vorliegenden Erfindung für das Formen von einer oder mehreren Spalten in einer Untergrundzone, welche von einem Bohrloch penetriert werden, und das Konsolidieren von Proppantpartikeln in denselben, wobei die Untergrundzone eine Temperatur von mehr als ungefähr 200°F (93°C) aufweist, umfasst die folgenden Schritte: (a) das Bereitstellen einer flüssigen aushärtbaren Harzzusammensetzung, umfassend Furfurylalkoholharz, Furfurylalkohol, ein Ethylenglycolbutylether-Lösungsmittel für das Harz mit einem Flammpunkt über ungefähr 125°F (52°C) ein n-beta-(aminoethyl)-gamma-aminopropyltrimethoxysilan-Kopplungsmittel, und ein C12-C22 Alkylphosphat-Tensid; (b) das Bereitstellen einer Quelle von trockenen Proppantpartikeln; (c) das Bereitstellen eines gellierten flüssigen Spaltfluids, bestehend aus Wasser und einem Gelliermittel, welches aus der Gruppe von Guar-Gum, Guar-Gum Derivativen, und Cellulosederivativen ausgewählt wird; (d) das Einpumpen des gellierten flüssigen Spaltfluids in die Untergrundzone, für das Formen der einen oder mehreren Spalten in derselben und das Platzieren der Proppantpartikel in derselben; (e) das Beschichten der trockenen, von der Quelle derselben angelieferten Proppantpartikel mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung, für das Formen von mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikeln; (f) das Mischen der mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikeln, welche während Schritt (e) geformt wurden, mit dem gemäß Schritt (d) eingepumpten Spaltfluid, wobei die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel in demselben suspendiert sind; (g) das Abbrechen von Schritten (d), (e), und (f), wenn die mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel in der einen oder den mehreren Spalten platziert worden sind; und (h) das Aushärten der aushärtbaren Harzzusammensetzung auf den mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikeln bei Hitze, und das Konsolidieren der Proppantpartikel zu einer oder mehreren chemisch und thermal widerstandsfähigen, durchlässigen Packungen.
- Eine aushärtbare Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung für das Beschichten von Proppantpartikeln umfasst: ein aushärtbares Harz, bestehend aus Furfurylalkoholharz, Furfurylalkohol, einem Lösungsmittel für das Harz mit einem Flammpunkt über ungefähr 125°F (52°C), ein Silankopplungsmittel, und ein Tensid für das Fördern der Beschichtung der Proppantpartikel mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung, und das Fließen der aushärtbaren Harzzusammensetzung zu den Kontaktpunkten zwischen nebeneinander liegenden, mit Harz beschichteten Proppantpartikeln.
- Zum besseren Verständnis der Verfahren und Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung beziehen wir uns nun auf die folgenden Beispiele.
- Beispiel 1
- Effekt von Zeit und Temperatur auf die Viskosität gemischter Harze
- Ein von der Durez Corporation beschaffener Furfurylalkoholharz ("Durez 33682") wurde mit 1% eines Silankopplungsmittels und 5% Massenanteil des Furfurylalkoholharzes eines Alkylphosphat-Tensids gemischt. Die Viskosität der Harzmischung wurde über einen Zeitraum hinweg bei Zimmertemperatur und bei 120°F (48,9°C) in einem Ofen mit Hilfe eines Brookfield DV-II Viskometers und einer Spindel Nr. 3 überwacht. Die Temperatur von 120°F (48,9°C) wurde gewählt, um die Lagertemperatur in einem Lager während der Sommermonate zu simulieren. Tabelle I zeigt die aufgezeichneten Viskositäten der Harzmischungen über verschiedene Zeiträume hinweg. Die Resultate zeigen, dass die Viskositäten der Harzmischungen mit der Zeit wesentlich unverändert blieben, auch bei höheren Temperaturen.
- TABELLE 1
- Beispiel 2
- Konsolidierungstest – Effekt von Aushärtungszeit und Temperatur
- 300 Gramm von 20/40 Mesh (0,841 nun/0,420 mm) Bauxitproppant wurden trocken mit 9,0 mL der Harzmischung beschichtet (3% Massenanteil des Proppants), bevor dasselbe mit 360 mL von 35 lbs/Mgal (15.9 kg/3785 L) Carboxymethylhydroxypropylguar basiertem Spaltfluid gemischt wurde. Der harzbeschichtete Proppantschlamm wurde dann in ein Wärmebad platziert, um die Schlammtemperatur auf 180°F (82,2°C) zu bringen. Während des Rührens wurden 0,72 mL eines Oxidisierungsbrechers (2 gal/Mgal) [7,57 L/3785 L] und 0,126 mL Zirkonvernetzungsmittel (0,35 gal/Mgal) [1.32 L/3785 L] zu dem Schlamm hinzugefügt. Die Mischung wurde bei 180°F (82,2°C) eine Stunde lang ununterbrochen gerührt, um den Effekt des Einpumpens zu simulieren. Der Schlamm wurde dann in Messingkammern gepackt. Die Proppantpackungen wurden in einem Ofen über verschiedene Aushärtungsperioden von 3 Stunden bis zu 7 Tagen bei Temperaturen von 250°F (121,1°C) bis 350°F (176,7°C) ausgehärtet, ohne einen Druck auf die Proppantpackungen auszuüben. Nach einer jeden Aushärtungsperiode wurden die Messingkammern mit den darin enthaltenen Proppantpackungen aus dem Ofen entfernt und bis auf Zimmertemperatur abgekühlt. Den konsolidierten Proppantpackungen wurden dann für nicht eingeschränkte Messungen der Druckfestigkeit (UCS) bei Zimmertemperatur Kerne entnommen. Tabelle II zeigt die UCS-Werte der konsolidierten Proppantkerne. Die Resultate zeigen, dass die nicht eingeschränkte Druckfestigkeit der Proppantpackungen mit steigender Aushärtungszeit steigt und nach 24 Stunden Aushärtungszeit beginnt, gleich zu bleiben. Die gemischten Harze der Tests der Serie II beinhalteten eingekapseltes Natriumbisulfat.
- TABELLE II
Claims (20)
- Eine aushärtbare Harzzusammensetzung für das Beschichten von Proppantpartikeln, welche mit Hilfe von Wärme ausgehärtet werden kann, wobei die Zusammensetzung ein aushärtbares Harz umfasst, welches Furfurylalkoholharz umfasst; Furfurylalkohol; ein Lösungsmittel für das genannte Harz mit einem Flammpunkt über 125°F (52°C); ein Silankopplungsmittel; und ein Tensid für das Fördern des Beschichtens der genannten Proppantpartikel mit der genannten aushärtbaren Harzzusammensetzung, und für das Verursachen des Fließens der genannten aushärtbaren Harzzusammensetzung zu den Kontaktpunkten zwischen nebeneinander liegenden harzbeschichteten Proppantpartikeln.
- Eine Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das genannte Furfurylalkoholharz in einer Menge von 40% bis 75% Massenanteil der genannten Zusammensetzung vorhanden ist.
- Eine Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der genannte Furfurylalkohol in einer Menge von 1% bis 20% in der genannten aushärtbaren Harzzusammensetzung vorhanden ist.
- Eine Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2, oder 3, wobei das genannte Lösungsmittel für das genannte Harz einen Flammpunkt über 125°F (52°C) aufweist und aus Dipropylenglycolmethylether, Dipropylglycoldimethylether, Dimethylformamid, Diethylenglycolmethylether, Ethylenglycolbutylether, Diethylenglycolbutylether, Propylencarbonat, Butylacetat, Furfurylacetat, D'limonene, oder fettigen sauren Methylestern besteht.
- Eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das genannte Lösungsmittel für das genannte Harz einen Flammpunkt über 125°F (52°C) aufweist und in einer Menge von 10% bis 40% Massenanteil der genannten Zusammensetzung vorhanden ist.
- Eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das genannte Silankopplungsmittel aus N-2-(aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, oder n-beta-(aminoethyl)-gamma-aminopropyltrimethoxysilan besteht.
- Eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das genannte Silankopplungsmittel in einer Menge von 0,1% bis 3% Massenanteil der genannten Zusammensetzung in der genannten flüssigen, aushärtbaren Harzzusammensetzung vorhanden ist.
- Eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche weiter ein hydrolisierbares Ester für das Brechen von gellierten Spaltfluidfilmen auf den genannten Proppantpartikeln umfasst.
- Eine Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei der genannte hydrolisierbare Ester aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus einer Mischung von Dimethylglutarat, Dimethyladipat, und Dimethylsuccinat, Sorbitol, Catechol, Dimethylthiolat, Methylsalicylat, Dimethylsuccinate, und Terbutylhydroperoxid besteht.
- Eine Zusammensetzung nach Anspruch 9, wobei der genannte hydrolysierbare Ester in einer Menge von bis zu 3% in der genannten aushärtbaren Harzzusammensetzung vorhanden ist.
- Eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das genannte Tensid wenigstens ein aus ethoxyliertem Nonylphenolphosphatester, Mischungen von einem oder mehreren kationischen Tensiden, und einem oder mehreren nicht-ionischen Tensiden und einem C12-C22 Alkylphosphattensid ausgewähltes Mitglied umfasst.
- Eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das genannte Tensid in einer Menge von 1% bis 15%, vorzugsweise von 4% bis 8% Massenanteil der genannten Zusammensetzung vorhanden ist.
- Eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die genannten Proppantpartikel aus gradiertem Sand bestehen.
- Ein Verfahren für das Formen von einer oder mehreren Spalten in einer von einem Bohrloch penetrierten Untergrundzone, und das Konsolidieren von Proppantpartikeln in derselben, wobei die Untergrundzone eine Temperatur von über 200°F (93°C) aufweist, und wobei das Verfahren das Pumpen eines gellierten flüssigen Spaltfluids in die genannte Untergrundzone umfasst, und das genannte, die mit einer darin suspendierten aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikel enthaltende Fluid, für das Formen von einer oder mehreren Spalten, und das Ablagern der genannten Proppantpartikel in denselben; und das Aushärten der aushärtbaren Harzzusammensetzung auf den mit der genannten Harzzusammensetzung beschichteten Proppantpartikeln, d.h. das Aushärten mit Hilfe von Wärme, und das Konsolidieren der genannten Proppantpartikel zu einer oder mehreren einer chemischen und thermalen Zersetzung widerstehenden durchlässigen Packung; wobei die genannte Harzzusammensetzung einem der Ansprüche 1 bis 13 entspricht.
- Ein Verfahren nach Anspruch 14, wobei trockene Proppantpartikel mit der genannten Harzzusammensetzung beschichtet wurden; und wobei das genannte gellierte flüssige Spaltfluid Wasser und ein Gelliermittel umfasst, welches aus Guargum, Guargumderivativen, und Cellulosederivativen besteht.
- Ein Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das genannte Gelliermittel in einer Menge von ungefähr 0,2% bis 1% Massenanteil des darin enthaltenen Wassers in dem genannten Spaltfluid vorhanden ist.
- Ein Verfahren nach Anspruch 14, 15, oder 16, wobei das genannte gellierte flüssige Spaltfluid weiter ein Vernetzungsmittel umfasst, welches aus Alkalimetallborat, Borax, Borsäure und Verbindungen besteht, welche multivalente Metallione in wässerigen Lösungen lösen können.
- Ein Verfahren nach Anspruch 17, wobei das genannte Vernetzungsmittel in einer Menge von 0,2% bis 1% Massenanteil des darin enthaltenen Wassers in dem Spaltfluid vorhanden ist.
- Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das genannte gellierte flüssige Spaltfluid weiter einen verzögerten Viskositätsbrecher umfasst, welcher aus Alkalimetall und Ammoniumpersulfaten ausgewählt wird, welche durch das Einkapseln in ein Material verzögert werden, welches den genannten Brecher, Alkalimetallchlorit, Alkalimetallhypochlorit, und Kalziumhypochlorit langsam freisetzt.
- Ein Verfahren nach Anspruch 19, wobei der genannte verzögerte Viskositätsbrecher in einer Menge von 1% bis 5% Massenanteil des darin enthaltenen Wassers in dem genannten Spaltfluid vorhanden ist.
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